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新闻主题 |
柴油发电机组选型设计与通风量计算公式 |
摘要：供电电源是电气系统中最为关键的一部分，电力网络很难做到万无一失，人们为了提高供电可靠性，通常需要根据负荷性质，选择自备电源。自备电源根据使用目的不同，又分为应急电源（如蓄电池组）和备用电源（如柴油发电机组）。应急电源和备用电源都是独立于主电源的，备用电源在遇到主电源时消失，在电源转换时间上，要满足用电负荷允许断电时间要求，往往需要在较长时间内对电力负荷起供电保障作用。应急电源独立于主电源和备用电源之外，保证电力负荷正常用电的设施，并且对电源转换时间有严格的要求，持续供电时间往往要根据应急设备的需要确定。
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C90D5康明斯发电机组平面图 |
C90D5康明斯发电机组侧面图 |
一、应急或备用电源
可作为应急电源或备用电源的电源见表1。
1、术语定义
（1）应急电源（安全设施电源）：用作应急供电系统组成部分的电源。
（2）应急供电系统（安全设施供电系统）：用来维持电气设备和电气装置运行的供电系统，主要是为了人体和家畜的健康和安全，和/或为避免对环境或其他设备造成损失以符合国家规范要求。
（3）根据《供配电系统设计规范》3.0.3：
一级负荷中特别重要的负荷供电，除应由双重电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。
规范中明确要求设置应急电源的条纹仅此一条，可认为，一级负荷中特别重要负荷所用的第三电源，即为应急电源。
2、应急电源的形式
根据《供配电系统设计规范》3.0.4；表1中可作为应急电源或备用电源的电源。
表1 可作为应急电源或备用电源的电源
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序号
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电 源
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1
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供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路
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2
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独立于正常电源的柴油发电机组
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3
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蓄电池组
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二、自备电源
应设置自备电源的用电单位见表2。符合下列条件之一时，用户宜设置自备电源：
1、需要设置自备电源作为一级负荷中的特别重要负荷的应急电源或第二电源不能满足一级负荷的条件时。
2、设置自备电源比从电力系统取得第二电源经济合理时。
3、有常年稳定余热、压差、废弃物可供发电，技术可靠、经济合理时。
4、所在地区偏僻，远离电力系统，设置自备电源经济合理时。
5、有设置分布式电源的条件，能源利用效率高、经济合理时。
另《民用建筑电气设计标准》3.3.3条，当符合下列条件之一时，用电单位应设置自备电源如表2中说明。
表2 应设置自备电源的用电单位
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序号
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用电单位
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1
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一级负荷中含有特别重要负荷
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2
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设置自备电源比从电力系统取得第二电源更经济合理，或第二电源不能满足一级负荷要求的
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3
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当双重电源中的一路为冷备用，且不能满足消防电源允许中断供电时间要求的
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4
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建筑高度超过50m的公共建筑外部只有一回电源不能满足用电要求的
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三、柴发性能等级
柴油发电机的性能等级分类见表3。通常，柴油发电机组可分为4个等级，各个等级适用不同的负载。具体请参照表3中的规定。
表3 柴油发电机的性能等级分类
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类别
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负载要求
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G1
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连接的负载只规定基本的电压和频率参数，适用于照明和简单的电气负载
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G2
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电压特性与电网类似，当负载发生变化时允许暂时的然而是允许的电压和频率的偏差，适用于照明、水泵、风机等
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G3
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连接的设备对发电机组的电压、频率和波形有严格要求，适用于电信负载和晶闸管控制的设备
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G4
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连接的设备对发电机组的电压、频率和波形有特别严格的要求，适用于数据处理设备和计算机系统
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四、柴发功率种类
柴油发电机组功率种类见表4。根据国家有关规范和标准的规定，柴油发电机组的功率主要有四种类型：持续功率、基本功率、限电功率和应急备用功率。连续电源和基本电源每年的运行时间都不受限制，前者常用于负荷稳定、需要连续供电的场所，后者常用于负荷变化、需要连续供电的场所。限时工作功率和应急备用工作功率的年工作时间都有限制，前者不超过500h，后者不超过200h。定时工作电源通常用于负荷稳定但不需要长时间连续供电的场所，应急备用电源一般用于市电供电较为可靠的场合，提供短时供电和紧急供电。
表4 柴油发电机组功率种类
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类别
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解 释
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持续功率
(COP)
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在商定的运行条件下，按照制造商的规定进行维护保养，发电机组以恒定负荷持续运行且每年运行时数不受限制的最大功率
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基本功率
(PRP)
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在商定的运行条件下，按照制造商的规定进行维护保养，发电机组以可变负荷持续运行且每年运行时数不受限制的最大功率。24h运行周期内运行的平均功率输出(Ppp)应不超过PRP的70％，除非与RIC发动机制造商另有商定。在要求允许的平均功率输出Ppp较规定值高的应用场合，应使用持续功率COP
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限时运行功
率（LTP）
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在商定的运行条件下，按照制造商的规定进行维护保养，发电机组每年运行时间可达500h的最大功率。按100％限时运行功率，每年运行的最长时间为500h
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应急备用功
率（ESP）
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在商定的运行条件下，按照制造商的规定进行维护保养，在市电中断或在实验条件下，发电机组以可变负荷运行且每年运行时间可达200h的最大功率。24h运行周期内允许的平均功率输出应该不超过70％ESP，除非与制造商另有商定
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五、设备及机房通风量计算公式
1、柴油机燃烧空气量
Lr=60×n×i×t×k1×Vn
n——柴油机转速；
I——柴油机汽缸数
t——柴油机冲程系数（四冲程柴油机的t值取为0.5）
K1——柴油机结构特点的空气流量系数；四冲程非增压柴油机k1=ηv；四冲程非增压柴油机k2=（1.1～1.2）ηv；
ηv——汽缸吸气效率；四冲程非增压柴油机，ηv=0.75～0.90（一般0.85）；四冲程增压柴油机：η≈1.1；
Vn——柴油机每只汽缸的工作容积（m3）。
注：燃烧空气量亦可从康明斯发电机组样本资料上查询。
2、柴油机排烟量计算
Lpy=0.785d2S（2n/Z）i
d——汽缸直径，可从康明斯柴油机样本查询获得相关数据；
S——活塞行程，可从康明斯柴油机样本查询获得相关数据；
n——转数，可从康明斯柴油机样本查询获得相关数据；
Z——冲程数，可从康明斯柴油机样本查询获得相关数据；
i——汽缸数，可从康明斯柴油机样本查询获得相关数据。
3、水冷机型进风量计算
排除有害气体低于允许浓度确定进风量：
Lj=Ne×q=10200 m3/h
Lj——水冷时排除有害气体的进风量（m3/h）；
Ne——柴油机的额定功率（km）；
q——排除有害气体的进风标准（m3/kw.h）。
注：对于排烟方式和增压型柴油机的进风标准：
（1）排烟管架空：13.6～20.4（m3/kw.h）；
（2）排烟管沿地沟敷设：27.2~34（m3/kw.h）；
（3）增压柴油及按增压计算：实际设计可取经验数据q≥20（m3/kw.h）:
表1 柴油发电机房内有害气体允许浓度
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有害气体名称
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最大允许浓度（mg/m3）
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CO
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30
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丙烯醛（败酯醛）
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0.3
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表2 附属房间的换气量
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附属房间名称
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换气次数
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水库（按贮满水后空间计算）
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1～2
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贮油库
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5～6
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4、风冷机型余热量计算
（1）柴油机散热量
Q1=0.278×Ne×B×q×η1
Ne——柴油机的发电额定功率，kW；
B——柴油机的耗油率，kg/kWh，0.2～0.24，建议取0.23；
q——柴油机燃料热值，可取41.87MJ/kg；
η1——柴油机工作时散向周围空气的热量系数，%。
表3 柴油机工作时的散热量系数η1值
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Ne
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η1（%）
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额定功率（kW）
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额定马力（HP）
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＜37
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＜50
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6
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37～74
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50～100
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5～5.5
|
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74～220
|
100～300
|
4～4.5
|
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>220
|
>300
|
3.5～4
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（2）发电机的散热量
Q2=P×（1/η2-1）
P——发电机的额定输出功率；
η2——发电机的效率，通常为80%～94%。
（3）排烟管散热量
Q3=[π（ty-tn）]/[（1/2λ）Ln（D/d）+（1/Dα）]
D——排烟管保温外径，m；
d——排烟管道外径，m；
λ——保温材料的导热系数，W/（m.℃），矿渣棉制品保温一般为0.053W/（m.℃）；
α——保温管道外表面材料向四周空气的放热系数，W/m2.℃，一般取11.63W/m2.℃；
ty——排烟管外壁面温度，℃，一般取300～400℃；烟气温度一般为540；
tn——发电机房内的空气温度，℃，一般取35～40℃；
Ln——保温排烟管在机房内架空敷设的长度，m。
表4 排烟管保温层厚度与导热率
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排烟管直径
mm
|
保温材料
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保温层厚度mm
|
保温层热导率/(W/m.℃）
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||
|
ty=500℃
tn=35℃
|
ty=400℃
tn=35℃
|
ty=300℃
tn=35℃
|
|||
|
50～800
|
玻璃纤维制品
|
50～90
|
0.065
|
0.058
|
0.05
|
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50～800
|
蛭石制品
|
70～125
|
0.1448
|
0.1097
|
0.1035
|
|
50～800
|
硅藻土制品
|
75～130
|
0.1622
|
0.1477
|
0.1279
|
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50～800
|
矿渣棉制品
|
55～90
|
0.0698
|
0.0576
|
0.0523
|
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50～800
|
石棉灰
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100～170
|
0.1814
|
0.1721
|
0.1628
|
（4）柴油机废热水热量
Qf=1.5×10-4εNeKBqB
e——柴油机冷却水含热量占燃烧发热量的百分比，柴油机满负荷时，e=25%～30%，一般取30%；
Kb——考虑散热损失的安全系数，一般取0.85。
（5）柴油机冷却排热量
Q4=0.278ηNeKBqB
η——柴油机汽缸冷却水带走的热量占燃料发热量的比例，一般取30%。
（6）风冷机型余热量总和
Q=（Q1+Q2）β+Q3+Q4
β——修正系数。
若将柴油机冷却排热量通过专用风管直接排到室外，则余热量大大减少，其公式如下：
Q=（Q1+Q2）β+Q3
注：对Q1+Q2的修正
当柴油机工作地点的大气压不是标准大气压或相对湿度大、温度高时，柴油机的输出功率会发生变化，需修正原修正系数β。
5、风冷机型进风量计算
Lj=3600[Q/（tn-tw）Cpρ]
Lj——发电机房进风量；
Q——余热量总和，由以上计算得；
tw——室外夏季通风计算温度；
tn——室内保持温度；
Cp——空气的比定压热容；
ρ——空气密度。
6、排烟管直径
dpy=√[Lpy/（60×0.785×ν）]×[（273+t）/（273+20）]
dpy——排烟管直径；
ν——烟气流速，支管20~25m/s，干管8~15m/s；
t——烟气温度，支管400℃，干管200℃。
表5 推荐用排烟管道内径尺寸（mm）
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排烟出口尺寸
|
排烟管道长度（m）
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|||
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＜6
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6～12
|
12～18
|
18～24
|
|
|
50
|
50
|
63
|
76
|
76
|
|
76
|
76
|
89
|
100
|
100
|
|
89
|
89
|
100
|
100
|
100
|
|
100
|
100
|
127
|
150
|
150
|
|
127
|
127
|
150
|
150
|
200
|
|
150
|
150
|
150
|
200
|
200
|
|
200
|
200
|
200
|
254
|
254
|
|
254
|
254
|
254
|
305
|
305
|
注：排烟系统的总阻力：非增压柴油机应小于3kPa，增压柴油机应小于1kPa。
7、保温层外表面温度校核
t2=（qe/π×D×α）+tn
t2——保温层外表面温度，此温度须<60℃；
tn——柴油发电机房空气温度；
qe——柴油发电机排烟管单位散热量；
D——保温层外径；
α——保温管道外表面材料向四周空气的放热系数，一般取11.63W/m2.℃。
表6 排烟管保温层厚度
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排烟管外径mm
|
排烟管外表面温度℃
|
||||||
|
300
|
350
|
400
|
450
|
500
|
530
|
600
|
|
|
57～159
|
60
|
60
|
60
|
80
|
40/60
|
40/60
|
40/80
|
|
219～273
|
60
|
60
|
80
|
80
|
40/60
|
40/80
|
40/100
|
|
325～529
|
60
|
60
|
80
|
100
|
40/60
|
40/80
|
40/100
|
注：排烟管外表面温度：≤450℃时，采用一层岩棉毡保温；外表面温度：＞450℃时，保温层采用两层。接触管壁的一层为硅酸铝纤维毡，外面为岩棉毡，硅酸铝纤维毡厚度如表中分子所示，岩棉毡厚度如分母所示。
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